DE2611923A1

DE2611923A1 - Small dia. power operated chuck - has three weighted arms to compensate for centrifugal force on jaw operating mechanism

Info

Publication number: DE2611923A1
Application number: DE19762611923
Authority: DE
Inventors: Rudi Kirst
Original assignee: Hofmann & Co KG W
Current assignee: Hofmann & Co KG W
Priority date: 1976-03-20
Filing date: 1976-03-20
Publication date: 1977-09-22

Abstract

The small dia. power operated chuck is supported across a full radial distance. Excess body material is removed, reducing rotational inertia. A radially movable weight centrifugally compensates a counter-block and jaw through connecting lever arms. An axially actuated sleeve (20) moves an operating block (28), through pivotted (46) lever lobes. Another lobe (40) engages with a weight (34). The sleeve bore clears turning swarf and a mating bush (54) excludes swarf from the levers. Between the jaws the body (14) is cut away for spindle nose screws (16).

Description

Beschreibungdescription

zum Patentgesuch uBac1.#enfutter.for patent application uBac1. # enfutter.

Die Erfindung betrifft ein Backenfutter mit den @erkmalen des Oberbegriffs des PatentansPruchs 1. The invention relates to a jaw chuck with the features of the preamble of claim 1.

Ein typische marktgängige Ausführung eines solchen Futters ist in der DT-OS 21 32 130 (1) beschrieben. Das Spannkolbenende kreist hier sogenannte Keilhaken auf, die mit Gegenkeilhaken an den Backen zusarmenwirken, um die Axialbewegung des Spann1toil#ens in eine Radialbewegung der zacken mit entsprechender Kraftübersetzung zu ülertragen. Die Spannbacke hat eine Ausnehmung mit einer ausr.-zärts gekehrten Wandungr auf die ein Arm des Hebels drückt; an seinem anderen Ende trägt der Hebel das Ausgleichsgewicht. - Eine etwas abweichende Konstruktion mit einem an der Backe seitlich angreifenden, etwas abgekröpften Hebel zeigt die DT-OS 22 36 651 (2) Eine weitere Lösung ist in dem Buch "Fortschrittliche Fertigung und moderne Werkzeugmaschinen", Verlag W. A typical market version of such a chuck is in of DT-OS 21 32 130 (1). The end of the tensioning piston revolves around the so-called Wedge hooks that cooperate with counter wedge hooks on the jaws to the axial movement of the clamping tool into a radial movement of the prongs with a corresponding force transmission to transmit. The clamping jaw has a recess with an outward-facing one Wandungr on which one arm of the lever presses; at its other end is the lever the balance weight. - A slightly different construction with one on the cheek DT-OS 22 36 651 (2) shows a lever that acts on the side and is slightly angled Another solution is in the book "Progressive Manufacturing and Modern Machine Tools", Verlag W.

Girardet, Essen, 1954, in dem Artikel von Blättry "Ausnutzung von neuzeitlichen Drehmaschinen durch geeignete Spannzeuge" unter Bezugnahme auf Figur 8 beschrieben. (3) Bei dieser bekannten Lösung weist der Spannkolben einen Doppelkonus auf, mit dem er wechselweise auf Gegenflächen an den Spannbacken bzw. den Ausgleichsgewichten einwirkt.Girardet, Essen, 1954, in Blättry's article "Exploitation of modern lathes using suitable clamping tools "with reference to figure 8 described. (3) In this known solution, the tensioning piston has a double cone on, with which he alternately on mating surfaces on the clamping jaws or the counterweights acts.

Schließlich ist noch die DT-PS 2 150 885 (4) zu erwähnen, bei der zwar kein Ausgleichsgewicht vorgesehen ist, aber die Kompensation der der Spannkraft entgegenwirkenden Fliehkräfte ist gleichwohl vorgesehen; hier wird nämlich der Druck im Spannzylinder in Abhängigkeit von der Drehzahl entsprechend nachgeregelt. Finally, DT-PS 2 150 885 (4) should be mentioned in the no counterweight is provided, but the compensation of the clamping force counteracting centrifugal forces are nevertheless provided; that is where the pressure is adjusted accordingly in the clamping cylinder depending on the speed.

Da Futter solcher Bauarten im wesentlichen für Drehmaschinen verwendet werden, wirddie Problematik nachstehend unter Bezugnahme auf diesen Anwendungsfall erläutern; es versteht sich aber, daß solche Futter ganz allgemein für Werkzeugmaschinen geeignet sind. Since chucks of this type are mainly used for lathes the problem is discussed below with reference to this application explain; It goes without saying, however, that such chucks are generally used for machine tools are suitable.

Es versteht sich, daß die Kompensation der Fliehkraft umso hedeutungsvoller wird, je größer diese im Verhältnis zur Spannkraft selbst ist. Die Verhältnisse werden mit zunehmender Drehzahl immer ungünstiger. Um nun immer mit möglichst maximaler Schnittgeschwindigkeit arbeiten zu können, wird man versuchen, bei kleinen Durchmessern die Maschine mit einer proportional höheren Drehzahl der Spindel zu betreiben. Zwar braucht man für kleine Werkstückdurchmesser auch nur kleinere Futter, und die Fliehkraft nimmt troportional zum Durchmesser ab. Die Fliehkräfte steigen aber überproportional, nämlich quadratisch, mit der Drehzahl an, so daß das Problem der Fliehkraftkompensation vor allem bei kleinen Futtern für hohe Drehzahlen akut ist. Nun hat sicli gezeigt, daß bei modernen Bearbeitungsmaschinen auch die Schnittleistung aufgrund verbesserter Werkstoffe für die Werkzeuge und verbesserter Kühlmittel erheblich gesteigert werden kann, so daß man Spindeldrehzalllen bis zu 6000 pro minute oder noch höher zu berücksichtigen hat. Man kann leicht abscnätzen, daß die Fliehkräfte, die auf die Spannbacken wirken, den Spannkräften nahekommen oder im Extremfall schon bei Futtern mittlerer Größe ü?#erwiegen. It goes without saying that the compensation of the centrifugal force is all the more meaningful the greater this is in relation to the clamping force itself. The ratios become more and more unfavorable with increasing speed. To now always with the maximum possible One will try to be able to work at cutting speed with small diameters to operate the machine with a proportionally higher spindle speed. Though you only need smaller chucks and centrifugal force for small workpiece diameters decreases proportionally to the diameter. The centrifugal forces increase disproportionately, namely quadratically, with the speed, so that the problem of centrifugal force compensation is particularly acute for small chucks for high speeds. Now sicli has shown that with modern processing machines, the cutting performance is improved due to Materials for the tools and improved coolants can be increased significantly can, so that spindle speeds of up to 6000 per minute or even higher can be taken into account Has. One can easily estimate that the centrifugal forces acting on the clamping jaws come close to the tension forces or, in extreme cases, even with medium-sized chucks ü? #weigh.

Hinzu kommt, daß die erwähnten modernen Werkzeuge und hohen Schnittgeschwindigkeiten eine Feinbearbeitung ermöglichen, durch die anstelle teuerer Schleifarbeiten eine Drehbearbeitung gleiclle Oberflächengüte ergibt. Dies setzt frcilicl auch hohe Spanngenauig]#eit voraus. Will man daher wirtscilaftlicl arbeiten, so mun die Spannkraft des Futters variabel sein: Zunächst hoch für die Schrupparbeitsgänge, bei denen man die polygonale Verformung durch den Angriff der Spannbacken tolerieren kann, dann aber geringer während der Feinbearbeitung, um diese Verformung (die immer im elastischen Bereich liegt) wieder zu kompensieren. In addition, the mentioned modern tools and high cutting speeds allow fine machining, instead of expensive grinding work Turning results in the same surface quality. This also implies a high clamping accuracy] #eit in advance. If one therefore wants to work economically, the elasticity of the Feed be variable: First of all, high for the roughing operations where you have to use the polygonal Can tolerate deformation due to the attack of the clamping jaws, but then less during the fine machining to this deformation (which is always in the elastic range to compensate again.

Schließlich ist es höchst erwünscht, daß aas Futter eine Durchlaßbohrung aufweist, um zu zerspanendes Material von der Außenseite des Spindelstocks durchschieben zu können, da erst dann der Vorteil der Schnellspanung voll zum Tragen kommt. Finally, it is highly desirable that the chuck have a through bore has to push material to be machined from the outside of the headstock to be able to, because only then does the advantage of rapid clamping come into its own.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein fliehkraftkompensiertes Backenfutter zu schaffen, das folgende Eigenschaften aufweist: (a) Futt-erkörper kleiner Außenabmessungen, Durchlaßbohrung möglich. The task is therefore to create a centrifugal force-compensated jaw chuck to create that has the following properties: (a) lining bodies with small external dimensions, Through hole possible.

(b) Höchste Spanngenauigkeit. (b) Highest clamping accuracy.

(c) Variable Spannkraft ohne Lösen der Backen. (c) Variable clamping force without loosening the jaws.

(d) Es muß selbst mit vertretbarem Aufwand zu fertigen sein. (d) It must be possible to manufacture it yourself with a reasonable amount of effort.

Anders ausgedrückt, soll ein Futter geschaffen werden, bei dem der Ausnutzung der höchsterzielbaren Zerspanungsleistung nicht aufgrund von Problemen der Spannvorrichtung eine Grenze gesetzt ist. In other words, a lining should be created in which the Utilization of the highest achievable cutting performance not due to problems a limit is set for the clamping device.

Es kann gezeigt werden, daß die bekannten Futter diesen Forderungen nicht gleichzeitig genügen: Das in (1) beschriebene Futter ist kompliziert und damit teuer. Bei Futtern kleiner Durchmesser kanninan keine Durchlaßbohrung mehr vorsehen. Bei realistischen Annahmen für die Masse der Spannbacken plus Aufsatzbacken ist der Platzbedarf hierfür zu groß. It can be shown that the known feed meets these requirements not sufficient at the same time: The food described in (1) is complicated and therefore expensive. In the case of chucks with small diameters, no through-hole can be provided. With realistic assumptions for the mass of the clamping jaws plus top jaws, the space required for this is too large.

ähnliches gilt für das Futter gemäß (2), wenn auch hier der Platz etwas besser genutzt ist, da der Raum zwischen den Spannbacken für die Ausgleichsmassen zur Verfügung steht. Die Konstruktion ist jedoch noch aufwendiger. The same applies to the feed according to (2), even if there is space here is used a little better because the space between the clamping jaws is used for the balancing weights is available. However, the construction is even more complex.

Bei einem Futter gemäß (3) ist bereits in der Notiz selbst angegeben, daß der Raumbedarf ungünstig ist; darüber hinaus ist es nicht möglich, nach einem Schrupparbeitsgang die Spannkraft zu vermindern, weil das Futter selbsthemmend ist; würde man andere Kegelwinkel am Doppelkonus einführen, bei denen keine Selbsthemmung auftritt, so würde diespannkraft entsprechend geringer. Schließlich ist anzumerken, daß die relative Vielzahl der zusammenwirkenden Teile und Arbeitsflächen eine extreme Genauigkeit aufgrund der unvermeidlichen Toleranzen nicht mehr zuläßt. In the case of a feed according to (3), it is already stated in the note itself, that the space requirement is unfavorable; in addition, it is not possible to search for a Roughing operation to reduce the clamping force because the chuck is self-locking; one would introduce other cone angles on the double cone, where there is no self-locking occurs, the clamping force would be correspondingly lower. Finally, it should be noted that the relative multitude of interacting parts and work surfaces is extreme Accuracy no longer allows due to the inevitable tolerances.

Schließlich ist bei dem Futter gemäß (4) zwar eine Änderung der Spannkraft ohne weiteres gegeben, doch ist dieses Futter insofern höchst unwirtschaftlich, als bei hohen Drehzahlen ein sehr großer Spannzylinder im Verhältnis zur Spannkraft vorgesehen werden muß, weil dieser ja auch die Kompensationskräfte aufzubringen hat. Nachteilig ist ferner die aufwendige Steuerung~ In überraschend einfacher Weise wird aber die gestellte Aufgabe vollständig gelöst, indem man gemäß der Erfindung die im Patentanspruch 1 definierte Bauart wählt. Finally, in the case of the chuck according to (4), there is a change in the clamping force given without further ado, but this fodder is highly uneconomical, than a very large clamping cylinder in relation to the clamping force at high speeds must be provided because this must also apply the compensation forces Has. Another disadvantage is the complex control - in a surprisingly simple manner but the object is completely achieved by according to the invention the type defined in claim 1 selects.

Man erkennt zunächst, daß die Fliehkraftkompensation in einfacher Weise mittels eines hebelangelenkten Ausgleichsgewichts erfolgt, wie dies ja aus den Druckschriften (1) bis (3) bereits angegeben ist. Die Kompensation erfolgt mithin drehzahlunabhängig. Es wird jedoch nicht die Keilhakenbetätigung für den Spannvorgang verwendet, sondern der vorhandene Hebel wird auch für diese Funktion verwendet, so daß man eine beträchtliche Kosteneinsparung erzielt, weil die Feinbearbeitung wesentlich geringeren Aufwand erfordert. Der Fortschritt wird besonders augenfällig bei einem Vergleich mit der Druckschrift (2), wo ebenfalls eine Hebelbetätigung zwischen Spannkolben und Backen vorgesehen ist, jedoch jeder Backe zwei hebel mit zugehöriger Lagerung zugeordnet werden müssen. Eine Selbsthemmung, wie bei (3), tritt nicht ein; damit ist auch die Forderung erfüllt, die Spannkraft herabsetzen zu können. Gleichwohl braucht der Spannzylinder nicht, wie bei (4), die Kompensationskraft aufzubringen, sondern nur die Spannkraft selbst. Da nur extrem wenige Teile vorzusehen sind, die zudem leicht genau bearbeitet werden können, ist die Spanngenauigkeit exzellent. Hinzu kommt, daß man - was bevorzugt ist - den gesamten Stirnbereich des Futterkörpers für die Führung der Backen ausnutzen kann, so daß auch Fehler durch Wirksamwerden von Kippmomenten auf ein Minimum gebracht werden können. Schließlich ist anzumerken, daß der Raum zwischen den Backen nicht benötigt wird. Der Futterkörper kann hier ausgenommen werden, was nicht nur das Trägheitsmoment in erwünschter Weise verringert, sondern auch das Auseinanderrücken der Backenführungen infolge der auf solche Massen wirkenden Fliehkräfte vermindert, was der Spanngenauigkeit zugute kommt. It can be seen first that the centrifugal force compensation in a simple Way is done by means of a lever-operated balance weight, as this is from the documents (1) to (3) is already indicated. The compensation therefore takes place speed independent. However, it is not the wedge hook actuation for the tensioning process used, but the existing lever is also used for this function, so that one achieves a considerable cost saving because of the fine machining requires much less effort. The progress is particularly evident in a comparison with the publication (2), where also a lever actuation is provided between the clamping piston and jaws, but each jaw has two levers associated storage must be assigned. A self-locking, how at (3), does not occur; this also fulfills the requirement to reduce the clamping force to be able to. Nevertheless, the clamping cylinder does not need the compensation force, as in (4) to apply, but only the clamping force itself. Since there are only extremely few parts to be provided that can also be easily machined precisely, is the clamping accuracy excellent. In addition, one - which is preferred - the entire forehead area of the chuck body for guiding the jaws, so that errors can be brought to a minimum by applying tilting moments. In the end it should be noted that the space between the jaws is not required. The chuck body can be excluded here, which is not just the moment of inertia in a desirable way reduced, but also the moving apart of the jaw guides as a result of the Centrifugal forces acting on such masses are reduced, which benefits the clamping accuracy comes.

Es kann vorteilhaft sein, den Hebel als Zahnrad (segment) auszubilden und Backe, Ausgleichsgewicht und Spannkolben mit einer entsprechenden Gegenverzahnung zu versehen, womit man die Verhältnisse bei der Kraftübertragung vergleichmäßigen kann. It can be advantageous to design the lever as a gearwheel (segment) and jaw, counterweight and clamping piston with a corresponding counter-toothing to be provided, with which the ratios in the power transmission are equalized can.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein Dreibackenfutter gemäß der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und wird nachstehend im einzelnen erläutert. A preferred embodiment for a three-jaw chuck according to The invention is illustrated in the accompanying drawings and will be discussed below explained in detail.

Fig. 1 zeigt das Futter im Axialschnitt, und Fig. 2 ist ein Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1. Fig. 1 shows the chuck in axial section and Fig. 2 is a section according to line 2-2 of FIG. 1.

Der Futterkörper 10 weist drei Bohrungen 12 in drei entsprechenden Teilflanschen 14 auf. Durch die Bohrungen passen Befestigungsschrauben 16, mit denen der Futterkörper an der (nicht dargestellten) Spindel eine Drehmaschine befestigt werden kann. Die Teilflansche ergeben sich dadurch, daß der Futterkörper an den betrefrnden drei Umfangsabschnitten ausgenommen ist, so daß das Trtgheitsmoment klein gehalten wird. In einer zentralen Führungsbohrung 18 sitzt gleitbeweglich ein Kolben 20, der mittels Lochgewinde 22 mit einem (nicht dargestellten) Zylinderkolben verschraubt wird. Bewegt sich der Zylinderkolben in Axialrichtung relativ zur Spindel und damit auch zum Futterkörper 10, so nimmt er den Kolben 20 mit. Die Zentrierung des Futterkörpers bezüglich der Spindel erfolgt durch die Zentrierausdrehung 24. The chuck body 10 has three bores 12 in three corresponding ones Partial flanges 14 on. Fastening screws 16 fit through the holes, with which the chuck body attached to the (not shown) spindle of a lathe can be. The partial flanges result from the fact that the chuck body to the concern three Circumferential sections is excluded, so that the Moment of inertia is kept small. Seated in a central guide bore 18 Slidably movable a piston 20, which by means of hole thread 22 with a (not shown) Cylinder piston is screwed. The cylinder piston moves in the axial direction relative to the spindle and thus also to the chuck body 10, it takes the piston 20 with. The centering of the chuck body with respect to the spindle is done by the centering recess 24.

In der der Spindel abgewandten Stirnseite des Futterkörpers befinden sich die üblichen T-Nutführungen 26 für Grundbacken 28, die je nach der vorliegenden Spannaufgabe mit Aufsatzbacken (nicht dargestellt) verbunden werden; hierfür weisen die Grundbacken Gewindesacklöcher 30 und Positionierfortsätze 32 auf. Located in the end face of the chuck body facing away from the spindle the usual T-slot guides 26 for base jaws 28, depending on the present Clamping task with top jaws (not shown) are connected; show for this the base jaws threaded blind holes 30 and positioning extensions 32.

In Axialrichtung hinter den Backen ist jeweils eine Gegenmasse oder ein Ausgleichsgewicht 34 radial geführt angeordnet. Die Masse des Ausgleichsgewichts entspricht der der Grundbacke plus der aufgesetzten Aufsatzbacke und deren Befestigungsschrauben in dem Sinne, daß das Übersetzungsverhältnis des Hebels 36 berücksichtigt wird, dessen kürzerer Hebelarm 38 an der Grundbacke und dessen längerer Hebelarm 40 an dem Ausgleichsgewicht angreift. In the axial direction behind the jaws there is a counter mass or a balance weight 34 is arranged to be guided radially. The mass of the balance weight corresponds to that of the base jaw plus the attached top jaw and its fastening screws in the sense that the gear ratio of the lever 36 is taken into account, its shorter lever arm 38 on the base jaw and its longer lever arm 40 on attacks the balance weight.

Grundbacke und Ausgleichsgewicht weisen jeweils eine Ausnehmung 42 bzw. 44 auf, in die der betreffende Hebelarm eingreift. Der Hebel ist um einen Bolzen 46 schwenkbar.The base jaw and the counterweight each have a recess 42 or 44, in which the lever arm in question engages. The lever is around a bolt 46 swiveling.

Das Ausgleichsgewicht wirkt somit in bekannter Weise der Verringerung der Spannkraft, mit der die Backe beaufschlagt ist, infolge der Fliehkraft entgegen, da eine entsprechend große Gegenkraft - hervorgerufen durch die auch auf das Ausgleichsgewicht wirkende Fliehkraft -mittels des Hebels 36 auf die Grundbacke übertragen wird.The counterweight thus acts in a known manner to reduce against the clamping force applied to the jaw as a result of the centrifugal force, there is a correspondingly large counterforce - caused by the also on the balance weight acting centrifugal force is transmitted to the base jaw by means of the lever 36.

Nach der Lehre der Erfindung wird auch die Spannkraft auf die Grundbacke mittels des Hebels 36 übertragen. Zu diesem Zweck weist der Hebel 36 einen weiteren Hebelarm 48 auf, der in eine zugeordnete Ausnehmung 50 des Kolbens 20 eingreift. Der Fachmann erkennt, daß der Umfang der Feinbearbeitung an den zusammenwirkenden Elementen 20,36,28,34 minimal ist, um die genaue Führung der Backen zu gewährleisten. Man erkennt auch, daß hier eine Durchgangsbohrung des Futters möglich ist, deren Durchmesser nur um so viel geringer zu sein braucht, wie die Wandstärke des Kolbens im Bereich deren Ausnehmungen 50 noch betragen muß. Wie die Zeichnung zeigt, entspricht dieser Bohrungsdurchmesser dem Futterkörperdurchmesser, auf dem die Führung für die Backen beginnt. So kann die Backenführung trotz Durchgangsbohrung und kleinem FutterkörperdurUchResser optimal lang bemessen werden. According to the teaching of the invention, the clamping force is also applied to the base jaw transferred by means of the lever 36. For this purpose, the lever 36 has another Lever arm 48 which engages in an associated recess 50 of the piston 20. Those skilled in the art will recognize that the extent of the fine machining depends on the cooperating Elements 20,36,28,34 is minimal to the exact guidance of the jaws to guarantee. It can also be seen that a through hole in the chuck is possible here whose diameter only needs to be as much smaller as the wall thickness of the piston in the area of the recesses 50 must still be. Like the drawing shows, this bore diameter corresponds to the chuck body diameter on which the guide for the baking begins. So the jaw guide can despite the through hole and small chuck body by UchResser can be optimally long.

Um zu verhindern, daß Späne oder andere Verunreinigungen in das Futter eindringen, ist der Futterkörper noch mit einer zusätzlichen Ausdrehung 52 versehen, in die eine Abdeckhülse 54 eingesetzt ist. Diese ist bündig mit der Durchgangsbohrung des Futters, während der Kolben im Bereich des axialen Bundes 56 eine Eindrehung 58 aufweist, deren Durchmesser gleich dem Außendurchmesser des Bundes 56 ist. Abdeckhülse 54 und Kolben 20 übergreiSn einander also in diesem Bereich auch bei einer relativen Axialbewegung, so daß keinerlei Fremdkörper in den Bereich der Hebel 36 gelangen können. To prevent chips or other contaminants from getting into the chuck penetrate, the chuck body is provided with an additional recess 52, into which a cover sleeve 54 is inserted. This is flush with the through hole of the chuck, while the piston in the area of the axial collar 56 is turned 58, the diameter of which is equal to the outer diameter of the collar 56. Cover sleeve 54 and piston 20 overlap each other in this area even in the case of a relative movement Axial movement, so that no foreign bodies get into the area of the levers 36 can.

Patentansprüche: L e e r s e i t ePatent claims: L e r s e i t e

Claims

Claims.

1. Power-operated jaw chuck with centrifugal force compensation, in which each jaw via a lever mounted in the chuck body with a counterweight is connected, while the radial movement of the jaw by means of an axially movable Tensioning piston takes place, characterized in that the lever (36) as a three-armed Lever is formed, on the third arm of which engages the tensioning piston.

2. Power-operated jaw chuck according to claim 1, characterized in that that the three-armed lever is designed as a gear or gear segment and the jaw, the counterweight and the effective area of the tensioning piston with counter-toothing are provided.

3. Power operated jaw chuck according to claim 1 or 2 with a axial passage bore, characterized in that it is on its free end face Has jaw guides that extend over the entire radial distance from the outer diameter the passage bore extends to the outer diameter of the chuck body.

4. Power-operated jaw chuck according to claim 3, characterized by a cover sleeve for the radial gap between the chuck body and the end of the clamping piston, which is attached to the chuck body and partially overlaps the clamping piston.